5.3. Растворимость

 Растворимостью – называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества при данных условиях является его содержание в насыщенном растворе.

Если в 100 г воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество называют хорошо растворимым. Если растворяется менее 1 г вещества – вещество называют малорастворимым. Наконец, вещество считают практически нерастворимым, если в раствор переходит менее 0,01 г вещества. Абсолютно нерастворимых веществ не бывает.

Растворимость, выраженная при помощи массы вещества, которое может раствориться в 100 г воды при данной температуре, называют также коэффициентом растворимости.

В качестве примера приведем растворимость (в граммах вещества на 100 г воды при комнатной температуре) нескольких веществ: твердых, жидких и газообразных, среди которых многие имеют похожие химические формулы (таблица 5.1).

Растворимость большинства (но не всех!) твердых веществ с увеличением температуры увеличивается, а растворимость газов, наоборот, уменьшается. Это связано прежде всего с тем, что молекулы газов при тепловом движении способны покидать раствор гораздо легче, чем молекулы твердых веществ.

Если измерять растворимость веществ при разных температурах, то обнаружится, что одни вещества заметно меняют свою растворимость в зависимости от температуры, другие – не очень сильно (табл. 5.2).

Если полученные в опытах значения нанести на оси координат, то получаются так называемые кривые растворимости различных веществ (рис. 5.1). Эти кривые имеют практическое значение. По ним легко узнать, сколько вещества (например, KNO₃) выпадет в осадок при охлаждении до 20⁰ С насыщенного раствора, приготовленного при 80⁰ С. С помощью таких операций очищают вещества. Дело в том, что при охлаждении ненасыщенного раствора образуется насыщенный раствор, но насыщенный по основному веществу, которого больше всего, а не по примесям. Поэтому при охлаждении в осадок выпадает только чистое вещество, а примеси (вместе с частью вещества) остаются в растворе. Чистые кристаллы отфильтровывают от охлажденного, загрязненного примесями раствора. Этот способ очистки называется ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ. Так очищают, например, многие лекарственные препараты.

Рис. 5.1. Кривые растворимости твердых (а) и газообразных (б) веществ.

Название вещества	Формула	Агрегатное состояние	Растворимость (г/100 г воды)
Серная кислота	H2SO4	жидкость	любое количество
Хлористый водород	HCl	газ	71,9
Хлорид натрия	NaCl	крист.	35,9
Сульфат меди	CuSO4· 5H2O	крист.	20,7
Сульфат кальция	CaSO4	крист.	0,2
Тетрахлорид углерода	CCl4	жидкость	0,08
Сульфат бария	BaSO4	крист.	0,00023
Хлорид серебра	AgCl	крист.	0,00015

Таблица 5.1. Растворимость некоторых веществ вводе при комнатной температуре.

Вещество	Температура, ^0 C
	0	20	50	80	100
KBr	53,5	65,2	80,8	94,6	103,3
NaCl	35,7	35,9	36,8	38,1	39,4
CaSO4	0,176	0,206	0,180	0,102	0,066

Таблица 5.2. Влияние температуры на растворимость некоторых твердых веществ. В таблице приведена растворимость в г/100 г воды

 Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры и давления. 

1. Природа веществ, образующих раствор. Этот фактор хоро­шо иллюстрирует старое правило: подобное растворяется в по­добном. Под подобием подразумевают природу химической свя­зи в веществах, образующих раствор. Действительно, две непо­лярные жидкости будут смешиваться друг с другом неограничен­но, а неполярная и полярная жидкости будут практически нера­створимы друг в друге. Ионные соединения, как правило, хоро­шо растворяются в сильно полярных растворителях.

2. Температура. На зависимость раст­воримости от температуры влияет тепловой эффект растворения данного вещества в данном растворителе.

Если растворение вещества является экзотермическим процессом, то с повышением температуры его растворимость уменьшается (например, Ca(OH)₂ в воде) и наоборот. Для большинства солей характерно увеличение растворимости при нагревании.

Практически все газы растворяются с выделением тепла, поэтому растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается, а с понижением увеличивается.

3. Давление. По принципу Ле Шателье давление смещает рав­новесие в сторону уменьшения объема системы. При растворении твердых веществ в жидкости объем меняется мало. Поэтому дав­ление не будет существенным образом влиять на растворимость солей (здесь речь идет о небольших давлениях, но если рассмат­ривать растворимость при давлениях в несколько тысяч атмосфер, то тогда картина может значительно измениться). Аналогичное влияние давления будет наблюдаться и для смеси двух жидкостей.

Растворимость газов сильно зависит от давления, так как в этом случае происходит значительное изменение объема систе­мы. С увеличением давления растворимость газов увеличивается. Для смеси газов растворимость каждого из них определяется за­коном Генри:

Растворимость газа прямо пропорциональна его парциально­му давлению над раствором.